Теплопроизводительная и паропроизводительная способность топлива

Для сравнения разных сортов топлива в экономическом отношении необходимо знать, кроме стоимости топлива, еще количество тепла, развивающееся при его сгорании. Количество тепла, развивающееся при полном сгорании 1 килограмма топлива, называется его теплопроизводительной способностью; эта способность зависит от количества углерода и водорода, входящих в состав данного топлива и являющихся главными, полезными для развития тепла, элементами: чем больше этих элементов в топливе, тем больше его теплопроизводительная способность; присутствие в топливе других элементов в большинстве случаев только мешает горению.

По опытам Фавра и Зильбермана теплопроизводительная способность чистого водорода равна 34462 ед. тепла и чистого углерода— 8080 ед. тепла; таким образом каждый из этих элементов в отдельности может считаться лучшим топливом, но применение их в этом виде встречает на практике затруднения по экономическим соображениям, почему они и сжигаются в виде составных частей топлива. При сгорании сложного тела происходит сначала разложение его на составные элементы и превращение их в газообразное состояние, при чем, как и при всяком разложении и при переходе тела в газообразное состояние происходит поглощение некоторого количества тепла; полученные таким образом элементы вступают затем в соединение с кислородом, что сопровождается выделением тепла; следовательно, теплопроизводительная способность, являющаяся результатом этих двух явлений, представляет собою разность двух количеств тепла: развиваемого при сгорании элементов топлива и поглощаемого при разложении топлива на его составные элементы и при превращении их в газообразное состояние. Эти обстоятельства необходимо принимать во внимание при точном определении теплопроизводительной способности топлива.

Существует несколько способов определения теплопроизводительной способности. Наиболее точный результат получается при определении с помощью калориметров, в которых топливо сжигается в чистом кислороде, количество же выделяющейся теплоты измеряется непосредственно, но для практической цели способ этот слишком сложен, так как требует продолжительных испытаний при помощи довольно сложных приборов; способ этот применяется преимущественно при научных исследованиях.

Если известен химический состав топлива, то его теплопроизводительная способность может быть определена при помощи расчета, зная теплопроизводительную способность каждого из элементов, входящих в состав данного топлива. Способ этот, предложенный Дюлонгом, состоит в следующем: предположим, что при помощи химического анализа определено, что 1 килограмм данного топлива состоит из С% углерода, Н% водорода, 0% кислорода и W% гигроскопической воды; весь кислород, заключающийся в топливе, Дюлонг принимает связанным с водородом в виде воды, вследствие чего часть водорода не принимает участия в горении; так как вода состоит из 8 частей кислорода (по весу) и 1 части водорода, то полезное для горения количество водорода в данном

Топливе будет Н- 0/8 процентов; далее весь водород, сгорая, образует воду, количество которой будет 9Н% как эта, так и гигроскопическая, вода уносится вместе с продуктами горения в виде пара, на образование одного килограмма которого, по опытам Реньо, расходуется 637 ед. тепла. Зная, что теплопроизводительная способность водорода = 34462 ед. т., а для углерода она равна 8080 ед. т., получим, что все количество тепла, развивающееся при сгорании 1 килограмма данного топлива, будет;

f=C/100*8080+((H-0/8)/100)*34462-((9H+W)/100)*637 ед. т.

Еще более простой, хотя и менее точный, способ определения теплопроизводительной способности был предложен Бертье, который, пренебрегая разностью теплопроизводительной способности углерода и водорода, принимал, что полезные для горения части топлива состоят только из углерода; ошибка, получающаяся при этом, не особенно велика, так как количество водорода в большинстве сортов топлива весьма незначительно по сравнению с количеством углерода, да кроме того водород, сгорая, превращается в воду, на испарение которой затрачивается известное количество тепла, что уменьшает количество тепла, получающееся при горении водорода. При способе Бертье весь вопрос сводится, следовательно, к определению в данном топливе количества углерода. Количество его определяется следующим способом: превращенный в порошок образец испытуемого топлива весом р килограммов смешивается с окисью свинца (РbО) и полученная смесь прокаливается в закрытом крышкою тигле до тех пор, пока из тигля не перестанут выделяться газы, то есть пока топливо не перегорит; горение топлива происходит в этом случае за счет кислорода, находящегося в РbО, при чем происходит раскисление последней и выделение из нее [чистого свинца в виде слитка, остающегося на дне тигля, освободившийся же кислород соединяется с углеродом в СО2; реакция, происходящая при этом, может быть выражена следующей формулой:

2РbО + С = СО2+2Рb.

Так как вес пая углерода = 12, а вес пая свинца = 206,4, то, следовательно, при этой реакции для освобождения одного килограмма свинца потребуется 1/34,4 кг. углерода.

Следовательно, если вес полученного в тигле слитка свинца = q кг., то количество углерода в р килограммах испытуемого топлива будет q/34.4 кг., а в одном его килограмме q/(34,4*p) и теплопроизводительная способность испытуемого топлива будет равна q/34,4*8080 ед. т.

Способ этот прост, удобоприменим и дает, хотя и не вполне точный, но для практической цели достаточно близкий к истине результат.

Теплопроизводительная способность общеупотребительных сортов топлива дана в таблице № 2.

Показанная в таблице № 2 теплопроизводительная способность разных сортов топлива определена по формуле, принятой Союзом среднеевропейских обществ для наблюдений за паровыми котлами и имеющей вид:

f=81C+290(H-0/8)+25S-6W, где через S - обозначено процентное содержание в топливе серы.

Наконец для сравнения между собою разных сортов топлива может служить также паропроизводительная способность их; под паропроизводительной способностью подразумевают количество воды, которое может быть превращено в пар теплотой, получающеюся при сжигании 1 кг. топлива в топливнике парового котла. Таким образом паропроизводительная способность зависит не только от количества тепла, которое может быть развито топливом при полном его сгорании, то есть от теплопроизводительной способности топлива, но также и от большего или меньшего совершенства данного топливника; следовательно на полученные при этом способе результаты нельзя смотреть как на безусловно точные, но в промышленности, где такая безусловная точность не имеет особенно существенного значения, способ этот имеет свои достоинства и вполне применим, так как с одной стороны он дает возможность судить о теплоте, развиваемой данным топливом именно при тех условиях, при каких оно должно быть сжигаемо, с другой же стороны при сжигании разных сортов топлива в топливнике одного и того же котла—количество образующегося пара дает полную возможность судить об относительных достоинствах сжигаемых сортов топлива.